结构选型3-框架结构1

交通学院路桥工程系2012-09建筑结构选型

——框架结构

1.概念

框架结构是由梁和柱组成的框架作为竖向承重和抗水平作用的结构体系。

3框架结构3.1框架结构的特点图3.1框架结构体系(a)横向框架体系；(b)纵向框架体系■梁板柱结构建筑施工工艺示意2.特点将承重结构和围护、分隔构件完全分开，墙只起围护、分隔作用。框架结构在水平荷载下表现出抗侧移刚度小，水平位移大的特点，属于柔性结构。框架结构平面布置灵活，能够满足生产工艺和使用功能的要求

3.应用广泛应用于多层工业厂房及多高层办公楼、医院、旅馆、教学楼、住宅等。框架结构的适用高度为6～15层，非地震区也可建到15～20层。钢筋砼框架结构高层住宅

武 钢 新 办 公 楼办公楼、高层住宅、教学楼、宾馆、写字楼、多层厂房等中高层建筑常采用框架结构的结构型式

纽约帝国大厦

高381m，共102层，全钢框架结构，1931年建成，曾雄踞世界最高建筑宝座达40年之久。在建筑史上创造了每周修建4层半、410天建成的施工纪录纪录。

3.3框架结构（1）按构件组成划分

梁板式结构（由梁、板、柱组成的骨架结构）无梁式结构（由板和柱子组成的骨架结构）3.2框架结构的类型框架结构类型全现浇式框架装配式装配整体式

全部构件现场浇注优点：整体性好、抗震性好、刚度大、预埋铁少、平面布置灵活……缺点：耗模板量大、工期长、现场湿作业量大、冬施需防冻……全部构件预制，现场装配连接优点：省模板、工期短、构件可标准定型化……缺点：预埋件多、整体性差、抗震性差、用钢量大、

……

预制构件，现场安装就位，在连接处现浇混凝土形成整体。优点：省模板、预埋件少、工期短、用钢量少、抗震整体性好……缺点：施工复杂、增加了现场混凝土二次浇注工作量

……（2）按施工方法划分组成梁基础柱刚性节点固定连接3.3框架结构的布置、柱网尺寸及构件截面尺寸3.3.1框架结构组成框架的立面布置规则框架内收外挑缺梁抽柱错层1、一般要求框架梁宜连通，梁、柱中心线宜重合2、特殊要求由于使用功能或造型要求，框架结构可做成抽梁、内收、外挑等形式。结构布置原则开间、进深尽可能统一：构件类型规格尽可能少平面应简单、规则、对称：尽可能使受力合理刚度沿高度分布均匀：避免突变、错层、局部夹层控制房屋高宽比H/B≤4：保证必要的抗侧移刚度

设置必要的变形缝3.3.2框架结构的布置柱网布置生产工艺要求建筑平面布置要求结构受力合理方便施工布置方式：内廊式、跨度组合式柱网应与建筑分隔墙体布置相协调使竖载下结构内力均匀分布合理易施工：进度快、造价低、保质量3.3.2框架结构的布置1、柱网布置柱网布置典型的柱网有内廊式、等跨式和不等跨式。内廊式等跨式对称三跨。

房间进深：6m、6.6m、6.9m

走廊跨度：2.4m、2.7m、3.0m

开间方向柱距：3.6—8m

内廊式适用范围：旅馆、教学、办公、医院客房与卫生间客房与卫生间走道750024007500420039005400540066006000420054002400720060004200教室走道6000600039002400走道6000600078002400教室结构受力合理（均匀、对称、对直、贯通，尽量避免缺梁抽柱）

承重框架布置横向框架承重纵向框架承重纵横向混合承重（预制板、现浇板）纵横向混合承重（井式楼盖）横向框架承重：横向刚度大、有利于抵抗横向水平荷载，纵向连系梁较小，利于房屋采光、通风。纵向框架承重：横向连系梁较小，利于设备管线穿行，开间布置灵活，但横向刚度差。纵横向混合承重：纵横向梁截面均较大(刚度大)，整体性能好，采用较多。2、梁格布置●昼夜温差引起的变形不均匀沉降引起的变形●地震可能引起的变形如果足以引起建筑物结构破坏应在变形的敏感部位或其它必要的部位将建筑物沿全高断开，令各部分成为独立的单元，或分为简单、规则、均一的段，并在其中设缝，以利变形需要，这就是变形缝3、变形缝的设置伸缩缝(温度缝)—昼夜温差引起的变形沉降缝——不均匀沉降引起的变形防震缝——地震可能引起的变形建筑物不同的变形情况，变形缝分为：伸缩缝沉降缝抗震缝1、设制条件：根据建筑物的长度、结构类型和屋盖刚度以及屋面有否设保温或隔热层来考虑。

2、构造要求

1）基础可不断开

2）从基础顶面至屋顶沿结构断开伸缩缝项次结构类型室内或土中露天1排架结构装配式100702框架结构装配式

现浇式75

6550

353剪力墙结构装配式

现浇式65

4540

304挡土墙及地下墙壁等结构装配式

现浇式40

3030

20钢筋砼房屋伸缩缝的最大间距防止建筑物因地基不均匀沉降引起破坏而设置的缝隙。沉降缝把建筑物分成若干个整体刚度较好，自成沉降体系的结构单元，以适应不均匀的沉降。1、设置条件①平面形状复杂、高度变化较大、连接部位比较薄弱；②同一建筑相邻部分层数相差两层以上或层高相差超过10米；③建筑物相邻部位荷载差异较大；④建筑物相邻部位结构类型不同；⑤地基土压缩性有明显差异处⑥房屋或基础类型不同处⑦房屋分期建造的交接处。沉降缝2、构造要求（1）断开部位：从基础到屋顶全部断开。（2）设缝位置：3、沉降缝的宽度地基情况建筑物高度沉降缝宽度（mm）一般地基H<5m30H=5～10m50H=10～15m70

软弱地基2～3层50～804～5层80～1205层以上>120湿陷性黄土地基

≥30～70（三）抗震缝针对地震时容易产生应力集中而引起建筑物结构断裂，发生破坏的部位而设置的缝。1、设置条件：对以下情况，需要考虑设置抗震缝。

a、建筑平面复杂，有较大突出部分时；

b、建筑物立面高差在6米以上时；

c、建筑物有错层且楼板高差较大；

d、相邻部分的结构刚度、质量相差较大时。2、构造要求

1）基础以上断开，基础可不断开。

2）缝的两侧设置墙体或双柱或，一柱一墙，使各部分封闭并具有较好的刚度。

3）防震缝应同伸缩缝和沉降缝协调布置，做到一缝多用。

3、缝宽在多层砖混结构建筑中，防震缝宽50～70mm。多层和高层钢筋混凝土结构中，最小宽度应符合下列要求：1）当高度不超过15m时，可采用70mm；2）高度超过15m，按不同设防烈度增加缝宽：

6度地区，建筑每增加5m，缝宽增加20mm7度地区，建筑每增加4m，缝宽增加20mm;8度地区，建筑每增加3m，缝宽增加20mm;9度地区，建筑每增加2m，缝宽增加20mm;

框－结构，取上述值50%，均不宜小于70mm。抗震缝两侧结构类型不同，宜按较大一侧确定缝宽。本节小结⑴框架结构的类型：整体式、装配式、装配整体式，应了解各类型特点；⑵框架结构布置原则：建筑方案的确定应考虑结构受力的合理性，宜简单、规则、对称、均匀。⑶承重框架的布置方案：横向、纵向、纵横向承重，各方案的利弊应了解。注意：承重方案与框架类型的区别！思考题3.3.3框架结构的柱网尺寸及构件截面尺寸（1）多层厂房的柱网尺寸柱距：一般6m跨度内廊式柱网：6.0m+2.4m+6.0m或6.9m+3.0m+6.9m等跨式柱网：6、7.5、9、12600060002400

框架结构的柱网由柱距和跨度组成。框架结构的柱网尺寸和层高主要由使用功能的要求决定，并符合建筑模数，便于布置柱网一般以300mm为模数等跨式柱网：常用跨度为6米、7.5米、9米、12米开间方向柱距：6m适用范围：厂房、仓库、商店3.3.3框架结构的柱网尺寸及构件截面尺寸（2）、多层民用房屋的柱网尺寸柱距：3.3m~6m跨度:6m~12m（从经济角度不宜超过9m）1、框架结构的柱网尺寸9000900030007800框架横梁截面梁高h=(1/8-1/12)l梁跨框架柱截面的宽与高=(1/15-1/20)Hｉ层高2、构件截面尺寸梁宽b=(1/2-1/3)h梁高框架横梁截面也可按（0.5~0.7）M0进行初步估算，（M0

—简支梁计算的跨中弯矩）截面尺寸的估算根据柱的负荷面积，估算柱在竖向荷载下的轴力取按轴压构件估算截面积抗震设计时，取要求满足：（抗震等级三级）（抗震等级二级）（抗震等级一级）3.4框架结构的运用与建筑艺术技巧的配合3.4.1框架悬挑与建筑艺术的有效结合连续梁端部适当悬挑有利于减少跨中弯矩，把建筑底层以上的室内空间向周边延伸。设计思想起源于：意图以“底层收进”使立向上下强烈对比的愿望。采用悬挑框架梁，不必打断柱子的竖向连续性而取得底层收进的设计做法，不仅对结构有利，且扩大了建筑使用面积，同时室内空间艺术处理也有新意。影响弯矩大小的因素是：荷载情况，内梁跨度和外伸长度之间的多种关系。外伸长度应多少不能绝对地一概而论。一般地，均布荷载作用情况下，外伸长度不应大于二分之一内跨长度，也不宜小于四分之一内跨长度，比较合适的是约为三分之一内跨长度左右且一般小于2.1米。

3.4.2在复杂的平面体型上进行简单的框架柱网布置框架柱网网布置越简单、规则、整齐对结构就越有利，经济效果就越好。但是，从建筑角度出发，高层建筑常常采用周边复杂的型式以提高建筑艺术的效果。因此，在复杂的建筑平面型式上，力求简单的框架柱网布置，这是一个重要的建筑、结构配合问题。

3.5框架结构的适用层数和高宽比要求3.5.1框架结构房屋最大适用高度根据国内外大量震害调查和工程设计经验，为了达到既安全又经济合理的要求，多层与高层钢筋混凝土房屋高度不宜太高。首先，从强度方面来看，高度增加，竖向荷载和水平荷载(风力、地震作用)产生的内力都要相应加大。其次，从刚度方面来看，框架结构本身柔性较大，随着房屋高度增加，高宽比也逐渐增大，在水平荷载作用下，水平位移成为重要的控制因素。因此，当层数较高时，如果要满足强度和刚度的要求，框架下部的梁、柱截面尺寸就会增大到不经济甚至不合理的地步。框架结构是一种柔性的结构体系，随着房屋高度的增加，侧向力作用的效应更为显著。在水平荷载作用下，房屋层数越多，框架结构“抗侧刚度小，水平位移大”的弱点越明显，对框架越不利。框架结构的合理层数为6～15层，最经济的层数是10层左右，一般高宽比为3～5。结构体系烈度6度7度8度9度框架结构605545253.5.2框架结构抗震等级《建筑抗震设计规范》根据房屋设防烈度、结构类型和房屋高度，将框架结构和框架—抗震墙结构划分为四个抗震等级并规定不同抗震等级的结构应符合相应的计算和构造措施。框架抗震等级可查表。结构体系与类型设防烈度框架结构烈度6789高度(m)≤30＞30≤30＞30≤30＞30≤25框架四三三二二一一剧场、体育馆等大跨度公共建筑三二一一四川汶川地震1976年唐山地震7月28日3时42分54秒地震的一些概念震源震中等震线震中距震源岩石圈内发生震动的地方。震中震源在地面的垂直投影。震源深度震中到震源的距离。地震震级地震能量的量度。地震烈度地震对地面及建筑物的破坏程度震中距从观测点(如地震台)到震中的距离。地震按震源深度可以分为：浅源地震——深度0—70km中源地震——深度70—100km深源地震——深度超过300km3.5.3规则结构与不规则结构地震震害调查表明，在抗震设计中，对不规则结构如未采取妥善处理，则会给建筑带来不利影响甚至造成严重震害。对不规则结构的不利部位，应采取有效措施，以提高其抗震能力；对规则结构则应按《规范》的一般规定进行设计。根据理论分析和设计经验，框架结构和框架—抗震墙结构，平面、立面尺寸和刚度沿房屋平面和高度变化符合下列各项要求时，结构扭转效应和鞭鞘效应都较小，同时，楼层屈服强度系数沿房屋高度分布也比较均匀。因此，可以认为是规则结构。设防烈度

L／B

l／Bmax

l/b

6、7度≤6.O≤O.35≤2.O

8、9度≤5.0≤0.30≤l.5结构平面要求：(1)平面宜简单、规则、对称，减少偏心；(2)平面长度不宜过长，突出部分长度不宜过大。(3)不宜采用角部重叠的平面图形或细腰形平面图形。建筑立面布置不利的建筑立面良好的建筑立面（a）大底盘建筑；（b）阶梯形建筑我国《高层规程》规定：建筑的竖向体形宜规则、均匀，避免有过大的外挑和内收。上部收进时,当H１/H>0.2时,B1/B≥0.75;当上部外挑时,B/B1≥0.9且a≤4m。

结构竖向收进和外挑示意

建筑结构的规则性对抗震能力的重要影响的认识始自若干现代建筑在地震中的表现。最为典型的例子是1972年2月23日南美洲的马那瓜地震。马那瓜有相距不远的两幢高层建筑，一幢为十五层高的中央银行大厦，另一幢为18层高的美洲银行大厦。当地地震烈度估计为8度。一幢破坏严重，震后拆除；另一幢轻微损坏，稍加修理便恢复使用。马那瓜中央银行大厦试问：那一幢破坏严重呢？马那瓜美洲银行大厦

1）平面不规则4个楼梯间偏置塔楼西端，西端有填充墙。

2）竖向不规则塔楼上部（4层楼面以上），北、东、西三面布置了密集的小柱子，共64根，支承在4层楼板水平处的过渡大梁上，大梁又支承在其下面的10根1m×1.55m的柱子上（间距9.4m）。上下两部分严重不均匀，不连续。主要破坏：第4层与第5层之间(竖向刚度和承载力突变),周围柱子严重开裂